Вверху: поведение электронов на краю кристалла висмут-сурьма, внизу: распределение электронов в трехмерном кристалле и его схематическое изображение. Изображение Захида Хасана.
Необычное поведение электронов, называемое квантовым эффектом Холла (по аналогии с классическим эффектом Холла), до сих пор наблюдалось только в очень тонких "двумерных" пленках в присутствии сильного магнитного поля.
Группа Хасана показала, что оно может возникать также в трехмерных кристаллах висмут-сурьма без приложения магнитного поля. Это открытие, подтверждающее недавние предсказания, имеет большое теоретическое значение, а также, по мнению авторов, может пригодиться для разработки квантовых и "спинтронных" вычислительных устройств.
В 1879 году Эдвин Холл обнаружил, что при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле возникает разность потенциалов, ориентированная перпендикулярно течению тока. Это явление получило название эффекта Холла. Он объясняется особенностями поведения электронов под воздействием магнитного поля.
В 1980 году Клаус фон Клитцинг обнаружил, что эффект Холла возникает также и в двумерном электронном газе (при температуре около абсолютного нуля и в сильном магнитном поле), причем он является квантованным: возникающее напряжение изменяется не непрерывно, а скачками. Открытие этого явления (квантового эффекта Холла) принесло фон Клитцингу Нобелевскую премию.
Дальнейшие исследования квантового эффекта Холла показали, что в веществах, соответствующих определенным критериям, он должен возникать и без магнитного поля: движение электронов в этих веществах на околосветовых скоростях приведет к возникновению собственного магнитного поля.
Группа Хасана обнаружила именно такой эффект в кристаллах висмут-сурьма Bi1-xSbx. Для наблюдения за поведением электронов в кристалле исследователи облучали его сверхбыстрыми рентгеновскими фотонами.
Ссылки по теме
-
A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase – Nature, 24.04.08
-
Princeton scientists discover exotic quantum state of matter – Princeton University News, 24.04.08
